2012年,英國(guó)諾丁漢大學(xué)的兩名研究人員發(fā)現(xiàn)了一組能夠抵制細(xì)菌的新材料,但無(wú)法解釋為何細(xì)菌會(huì)繞開(kāi)這種材料。現(xiàn)在,兩名科學(xué)家已獲得一個(gè)價(jià)值200萬(wàn)英鎊(340萬(wàn)美元)的研究獎(jiǎng)項(xiàng),來(lái)解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。這項(xiàng)研究利害攸關(guān):抗細(xì)菌聚合物或?qū)⒋蠓档陀芍踩胧结t(yī)療器件引起的院內(nèi)感染。
諾丁漢藥學(xué)院生物醫(yī)學(xué)表面教授Morgan Alexander和生命科學(xué)院分子微生物學(xué)教授Paul Williams各自獲得惠康基金會(huì)高級(jí)研究者獎(jiǎng)項(xiàng),繼續(xù)跟進(jìn)這個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目。
控制由導(dǎo)尿管、靜脈注射管以及人工關(guān)節(jié)等內(nèi)置性醫(yī)療器材所引發(fā)的感染病例將能大幅減少醫(yī)療并發(fā)癥,每年挽救成千上萬(wàn)條生命,并可降低醫(yī)療成本。惠康基金會(huì)的支持將使科學(xué)家們進(jìn)一步研究這些材料對(duì)細(xì)菌附著物和生物被膜發(fā)展產(chǎn)生抵抗性背后的潛在機(jī)制。
當(dāng)被問(wèn)及現(xiàn)階段是否已有一些初步的理論來(lái)解釋這種現(xiàn)象時(shí),Alexander說(shuō)道:“我們有很多種可能的理論來(lái)解釋,但是在沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)論證前,我們不希望去發(fā)布,因?yàn)閱螒{推測(cè)很容易站不住腳,尤其現(xiàn)在我們有資金去驗(yàn)證推測(cè)是否正確。但我們可以肯定,以聚合物的物化性能來(lái)解釋我們所觀察到的抗性反應(yīng)確實(shí)過(guò)于簡(jiǎn)單,這就是為什么我們要通過(guò)表面來(lái)研究細(xì)菌的信號(hào)處理過(guò)程。”
“細(xì)菌對(duì)微生物的適應(yīng)性非常強(qiáng),我們需要找出導(dǎo)致細(xì)菌能夠?qū)瘜W(xué)性質(zhì)不同的聚合物表面進(jìn)行辨識(shí)并做出反應(yīng)的基因基礎(chǔ),”William補(bǔ)充道,“通過(guò)材料科學(xué)和微生物學(xué)知識(shí)的結(jié)合,我們正在采取跨學(xué)科的方法來(lái)解決一個(gè)重大的醫(yī)學(xué)問(wèn)題。”
單細(xì)胞細(xì)菌通常會(huì)附著到植入式器件表面,最終形成“黏菌團(tuán)”或生物被膜,它們可以躲過(guò)檢測(cè),并且受到身體本身免疫防御系統(tǒng)和抗生素的保護(hù)。
根據(jù)美國(guó)疾病防治中心,美國(guó)每25個(gè)病人中,大約就有1個(gè)會(huì)被院內(nèi)感染。在2011年,美國(guó)急癥處理醫(yī)院中約有722,000起院內(nèi)感染病例,其中近75,000個(gè)病人在住院期間死亡。
Alexander 和Williams使用的主要聚合物是一種4單體的共聚物和二甘醇二甲基丙烯酸酯(DEGMA),但發(fā)現(xiàn)環(huán)鏈和芳烴側(cè)鏈擁有相似的抗細(xì)菌性能。
經(jīng)過(guò)初步研究,Alexander 和 Williams發(fā)現(xiàn),涂覆這種材料的硅膠件,其表面附著的細(xì)菌相比一般市售的硅膠件減少近97%。
這種特殊聚合物的發(fā)現(xiàn)離不開(kāi)麻省理工學(xué)院專家的幫助。他們發(fā)明了一種篩選方法,即采用微陣列的方法同時(shí)對(duì)成千上萬(wàn)種的聚合物材料進(jìn)行篩選。Alexander教授談到:“這些新材料的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)很大的科學(xué)突破,我們已經(jīng)找到了一組結(jié)構(gòu)相關(guān)的材料,它們能大大降低病原細(xì)菌的粘附作用和生物被膜的形成,如銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等。然而這些新材料用我們常規(guī)對(duì)微生物細(xì)菌與材料表面相互作用的理解方法是難以發(fā)現(xiàn)的。在麻省理工學(xué)院專家的幫助下我們開(kāi)發(fā)了一種同時(shí)能達(dá)到高通量篩選又能揭示其新的結(jié)構(gòu)關(guān)系的技術(shù)。用這種高通量的材料篩選方法,總共調(diào)查了上萬(wàn)種的材料,并找到了一些新的能抵制細(xì)菌粘附和生物被膜形成的材料,而這些用傳統(tǒng)的技術(shù)方法是難以做到的。”
Camstent公司已獲得這種新材料的授權(quán),今年秋季,諾丁漢大學(xué)將與其合作在臨床試驗(yàn)中首次應(yīng)用涂層導(dǎo)尿管。
研究人員稱,更好地了解細(xì)菌與聚合物表面相互作用時(shí)所使用的機(jī)制將能改善未來(lái)抗菌聚合物的設(shè)計(jì)合理性,在預(yù)防院內(nèi)感染上實(shí)現(xiàn)變革。
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